Problemas Primera Ley

PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA PRIMERA LEY GASES IDEALES SISTEMAS CERRADOS

1. Un tanque rígido tiene un volumen de 3.0 m3, y contiene un gas cuya masa molecular es 30, a 8 bares y 47°C. Debido a una fuga de gas, éste escapa hasta que la presión es 3 bares a 27°C. ¿Qué volumen en metros cúbicos ocupa el gas que escapó, a 1.0 bar y 22°C?
2. Un tanque contiene dióxido de carbono a 500 kPa y 40°C. Enel tanque ocurre una fuga que se detecta hasta que la presión ha bajado a 340 kPa. Si la temperatura del gas era 20°C en el momento en que se detectó la fuga, determine la masa de gas que ha escapado. La masa inicial era igual a15 kg.
3. Un gas ideal que se encuentra inicialmente dentro de un aparato de pistón y cilindro a 1.5 bares y 0.03 m3, se calienta a presión constante hasta que su volumen seduplica. Posteriormente se le permite expandirse isotérmicamente hasta que el volumen se duplica de nuevo. Determine el trabajo total que hace el gas, en kJ/kgmol, y grafique los procesos cuasiestáticos en un diagrama PV. La temperatura inicial del gas es 300 K.
4. Un aparato de cilindro y émbolo contiene 0.12 kg de aire, inicialmente a 200 kPa y 123°C. En el curso de un proceso cuasiestáticoisotérmico, se extraen 15 kJ de calor y se entregan 1.50 Wh de trabajo eléctrico al sistema. Calcule la relación entre el volumen inicial y el volumen final del sistema.
5. Cien litros de nitrógeno a 0.1 MPa y 25°C se encuentran dentro de un aparato de cilindro y émbolo. Una rueda de paletas colocada en su interior se hace girar hasta que se agregan 20300 N m de energía. Si el proceso escuasiestático, adiabático y a presión constante, determine la temperatura final en grados Celsius. La energía almacenada en las paletas puede despreciarse.
6. Un tanque rígido contiene inicialmente 8 g de aire en 295 K y 1.5 bares. Un resistor eléctrico situado en el interior del tanque recibe una corriente de 0.6 A durante 30 s, proveniente de una fuente de 120 V. Al mismo tiempo se pierden 156 J de calor delsistema: a) Obtenga la temperatura final del gas, en kelvines y b) Calcule la presión final, en bares.
7. Un aparato de cilindro y émbolo contiene 1 kg de aire, inicialmente a 2 bares y 77°C. Ocurren dos procesos: un proceso a volumen constante, seguido de un proceso a presión constante. Durante el primero, se añaden 57 970 J de calor. Durante el segundo, que ocurre después del anterior, agregacalor a presión constante, hasta que el volumen llega a ser 0.864 m3. Suponiendo proceso cuasiestáticos, calcule el trabajo total, en kilojoules, y b) la transferencia de calor total, en kilojoules.
8. Un gas ideal con una masa molecular de 50, está contenido en un aparato de cilindro y émbolo inicialmente a 20°C y 0.24 m3/kg. El sistema experimenta un proceso isotérmico hasta el estado 2, en dondeel volumen específico es 0.12 m3/kg. Después se expande a presión constante hasta el estado 3, en el cual el volumen específico es 0.36 m3/kg. Finalmente, el sistema regresa a su estado inicial, siguiendo una trayectoria que es recta en coordenadas Pv. a) Grafique el proceso cíclico en un diagrama Pv. b) Calcule los valores de P2 y P3, en bares. c) Calcule el trabajo neto del ciclo, en Nm/g.
9.Se propone un ciclo de aire con un estado inicial a 37°C, 120 kPa y 1.6 m3. El proceso 1-2 es un calentamiento a volumen constante hasta 3 bares; el proceso 2-3 es un calentamiento a presión constante hasta un volumen de 4 m3; el proceso 3-4 es una expansión politrópica pv1.4 reversible hasta 1.2 bares; el proceso 4-1 es enfriamiento a presión constante hasta el estado inicial.
a. Dibuje el cicloen un diagrama Pv
b. Calcule los valores de PvT para todos los estados extremos, en kPa, m3/kg, y K
c. Determine la cantidad de calor para cada proceso en kJ
d. Determine el trabajo para cada proceso en kJ
10. Un ciclo de tres procesos, que funciona con nitrógeno N2 como sustancia operante, es como sigue: (I) del estado 1 al 2, compresión a temperatura constante de 47oC y presión inicial de 110...